مقاله

طراحی پرینتر سه بعدی رزینی

پرینتر سه بعدی

اصول طراحی پرینتر سه بعدی رزینی

استریولیتوگرافی رزینی، نوعی فناوری چاپ سه بعدی است که برای ایجاد مدل های سه بعدی مناسب پرینترهای سه بعدی رزینی و FDM، نمونه های اولیه، الگوها و قطعات تولید به صورت لایه به لایه با استفاده از فتوشیمیایی استفاده می شود. برای تولید قطعات کوچک و صاف با جزئیات و دقت بالا مناسب است.  فرآیندهایی که نور آن، سبب می شود مونومرهای شیمیایی و الیگومرها به یکدیگر متصل شوند و پلیمرها را تشکیل دهند. سپس این پلیمرها بدن یک جامد سه بعدی را تشکیل می دهند.

تحقیقات در این حوزه در طول دهه 1970 انجام شده بود، اما این اصطلاح توسط چاک هال در سال 1984 مطرح شد که در سال 1987 تأیید شد. استریولیتوگرافی می تواند برای ایجاد نمونه های اولیه برای محصولات در حال توسعه، مدل های پزشکی و سخت افزار رایانه و در بسیاری از برنامه های دیگر استفاده شود.

دستورالعمل های طراحی قبل از فرم دهی  استریولیتوگرافی رزینی

         

ضخامت دیوار :

در چاپ سه بعدی، ضخامت دیوار به فاصله بین سطح قسمت شما و سطح مخالف اشاره دارد. قطعه ساخته شده با استفاده از استریولیتوگرافی دارای حداقل ضخامت دیواره است که به اندازه کلی آن بستگی دارد. به عنوان راهنما، پیشنهاد می کنیم هر زمان که طرح خود را در اندازه بزرگتر افزایش دادید، ضخامت دیوار خود را افزایش دهید. اجسام کوچک که مجموع ابعاد آنها کمتر از 200 میلی متر است، به حداقل ضخامت دیوار 1 میلی متر نیاز دارند. برای قطعات متوسط که مجموع ابعاد x ، y ، z بین 200 میلی متر و 400 میلی متر است، حداقل ضخامت دیوار 2 میلی متر است. برای قطعات بزرگتر، ضخامت دیوار 3 میلی متر ضروری است.

پرینتر سه بعدی رزینی

کیفیت و جهت گیری سطح:

بسیاری از ویژگی های چاپ سه بعدی به فرایند استریولیتوگرافی بستگی دارد. از آنجا که قسمت شما لایه به لایه چاپ می شود، جهت گیری روی پلت فرم بر کیفیت و استحکام سطح تأثیر می گذارد.

پرینتر سه بعدی رزینی

توخالی:

در صورت امکان، سعی کنید قسمت خود را خالی کنید. با این کار می توانید از هزینه های اضافی و مشکلات جمع شدن در قسمت های ضخیم تر جلوگیری کنید. هنگامی که قسمت خود را خالی می کنید، باید یک یا چند سوراخ تخلیه را ادغام کنید. هنگامی که جهت گیری شده و روی سکوی ساخت قرار بگیرند، این قطعات در پایین ترین نقطه قسمت شما قرار می گیرند.

این سوراخ ها اطمینان می دهند که فشار رزین مایع در داخل و خارج قسمت شما در همان سطح باقی می ماند. این از تغییر شکل طراحی شما جلوگیری می کند. فشار ناهموار را می توان با یک لیوان آب پر شده تا لبه مقایسه کرد. مایع در لبه ها برجسته می شود و در نتیجه، لیزر مواد زیادی را اسکن می کند و باعث تغییر شکل قسمت شما می شود.

در مرحله دوم، پس از اتمام مراحل چاپ و حذف قسمت شما از چاپگر سه بعدی، از سوراخ ها برای حذف رزین اضافی داخل قطعه استفاده می شود. سپس می توانید قسمت خود را خالی، تمیز کرده و در فر فرابنفش قرار دهید تا به استحکام مطلوب برسید. اگر سوراخ های زه کشی وجود نداشت، رزین مایع به دام می افتد.

از آنجا که موقعیت سوراخ های زه کشی بستگی به جهت دارد، شما باید تصمیم بگیرید که سوراخ ها را در کجا قرار دهید. در صورت امکان باید سوراخ هایی را روی سطحی قرار دهید که کمترین دید را دارد یا که بعد از آن راحت تر پر می شود.

البته اگر می خواهید حفره هایی در طراحی شما وجود داشته باشد، خودتان می توانید آنها را در محل خاصی قرار دهید. با این حال، ممکن است بسته به جهت چاپ نیاز به ایجاد حفره های اضافی داشته باشد.

پرینتر سه بعدی رزینی

حمایت کردن:

فرآیند استریولیتوگرافی در مخزنی با رزین مایع انجام می شود. بنابراین، قطعات باید به سکوی ساپورت متصل شوند تا از شناور شدن آنها جلوگیری شود. این پیوست “ساپورت” نامیده می شود و برای تمام قسمت هایی که با استفاده از استریولیتوگرافی ساخته شده اند مورد نیاز است. علاوه بر نگه داشتن قطعه در جای خود، تکیه گاه ها امکان ایجاد عناصر برجسته را فراهم می کنند.

پرینتر سه بعدی رزینی

                               

قانون 30 درجه:

نمودار به شما نشان می دهد که کدام قسمت نیاز به ساپورت دارد. منطقه “خود ساپورتی” یا “امن”برای چاپ قطعه نیازی به ساپورت ندارد. برای بیشتر قسمت ها، این منطقه از 150 درجه تا 30 درجه متغیر است. هنگام طراحی شیئی که می خواهید با رزین چاپ کنید، اگر نگران هستید که قسمت شما نیاز به ساپورت دارد، این منطقه امن را در نظر داشته باشید.

پرینتر سه بعدی رزینی

ساپورت خارجی:

برای اینکه قطعه را در جای خود نگه دارید، اگر قسمت های باریک تر از 30 درجه دارد، باید ساپورت شود. به عنوان مثال، قسمت پایینی باید باریک باشد زیرا باریک تر از 30 درجه است. بقیه طرح ها نیازی به ساپورت اضافی ندارند زیرا عرض آن از 30 درجه بیشتر است.

پرینتر سه بعدی رزینی

ساپورت داخلی:                               

قانون 30 درجه در قسمت داخلی قطعه نیز صدق می کند. هر قسمتی با قسمت داخلی باریک تر از 30 درجه نیاز به ساپورت دارد. به عنوان مثال، قسمت بالای داخلی باید ساپورت شود تا از فروریختن آن در حین چاپ جلوگیری شود. ممکن است برداشتن ساپورت های داخلی بسیار سخت تر از ساپورت های خارجی باشد. معمولاً دو روش برای حذف ساپورت داخلی وجود دارد.

ساده ترین گزینه این است که طرح توخالی خود را به دو قسمت تقسیم کنید. این گزینه منجر به طراحی با درز آشکار یا به اصطلاح خط تقسیم می شود. گزینه دیگر این است که یک سوراخ بزرگ در نظر بگیرید تا به داخل آن دسترسی داشته باشید. این گزینه با اشکال بسیار پیچیده امکان پذیر نیست، بنابراین در این صورت باید چندین سوراخ اجرا شود. قطر سوراخ باید 10 میلی متر یا بیشتر باشد.

پرینتر سه بعدی رزینی

اجتناب از ساپورت:

یک راه عالی برای اجتناب از حمایت استفاده از فیله است که می تواند مشکل را در اکثر موارد حل کند. با این حال، توجه داشته باشید که سطوح افقی اگر بیشتر از 2 میلی متر به هم چسبیده باشند همچنان نیاز به ساپورت دارند.

پرینتر سه بعدی رزینی

جزئیات پیش آمدگی و حکاکی شده:

برای متن حک شده یا جزئیات سطح، حروف با حداقل ضخامت خط 0.5 میلی متر و عمق 0.5 میلی متر را توصیه می کنیم. برای متن برجسته و جزئیات سطح، حروف را توصیه می کنیم که ضخامت خط آنها حداقل 0.5 میلی متر و عمق آن حداقل 0.5 میلی متر باشد.

پرینتر سه بعدی رزینی

نحوه طراحی قطعات برای چاپ سه بعدی استریولیتوگرافی رزینی

فرآیند چاپ:

یک دستگاه معمولی SLA رومیزی، که دارای لیزر UV باشد، برای تولید لایه خاصی از یک مخزن رزینی که حساس به نور است مناسب است. قسمت زیرین مخزن شفاف است و لیزر UV دقیقا برای ردیابی یک خط دو بعدی از جسم کنترل می شود. لیزر رزین را سخت می کند و یک لایه جامد ایجاد می کند.

پرینتر سه بعدی رزینی

شماتیک چاپگر سه بعدی SLA

با هر بار عبور لیزر یک برش بسیار نازک از جسم ایجاد می شود. این برش نازک به لایه قبل از آن (یا صفحه ساخت) و ته مخزن چسبیده است. سپس لایه تازه چاپ شده از ته مخزن جدا می شود(بسته به دستگاه این می تواند لایه برداری، لغزش یا تکان دادن مخزن را شامل شود)، صفحه ساخت سپس ضخامت یک لایه را دور می کند و این روند دوباره تکرار می شود تا تکمیل شود.

برای موفقیت در چاپ SLA، کاهش نیروهای روی لایه های تازه چاپ شده در مرحله جداسازی بسیار مهم است. مرحله جداسازی باعث ایجاد تنش زیاد در امتداد یک لبه نازک به طور بالقوه می شود که می تواند منجر به خرابی و پیچ خوردگی بالای قطعه شود.

جهت چاپ:

هنگام جهت بخشی برای SLA، بزرگترین نگرانی مربوط به سطح مقطع محور Z است. نیروهای درگیر با چاپی که به مخزن می چسبد، متناسب با سطح مقطع دو بعدی چاپ است. به همین دلیل، قطعه با زاویه صفحه، چاپ می شود. بهترین راه جهت یابی قطعات برای چاپ SLA به حداقل رساندن سطح مقطع در امتداد محور z است.

پرینتر سه بعدی رزینی

مدل جهت دار به صورت افقی با سطح مقطع بزرگ محور z  :

در این جهت ساپورت به  حداقل می رسد اما احتمال خرابی چاپ زیاد است. حجم چاپ = 33.39 میلی لیتر ، زمان چاپ = 2 ساعت و 27 دقیقه

مجددا مدل، با زاویه ای سطح مقطع محور z را کاهش می دهد. افزایش زیاد ساپورت با کاهش احتمال خرابی چاپ توجیه می شود. حجم چاپ = 36.95 میلی لیتر ، زمان چاپ = 4 ساعت 7 دقیقه

پرینتر سه بعدی رزینی

به عنوان یک طراح درک این نکته مهم است که چرا جهت بخشی بر کیفیت چاپ SLA تأثیر می گذارد. ضرورت جهت دهی اجزا به گونه ای که سطح مقطع محور z کاهش یابد اغلب منجر به اضافه شدن مقدار قابل توجهی از ساپورت به مدل می شود. در برخی موارد، ممکن است یک طرح آنقدر به ساپورت نیاز داشته باشد که چاپ در SLA دیگر مقرون به صرفه نباشد یا آنقدر برای ظاهر قطعه مضر باشد (پس از حذف ساپورت) که نتیجه نهایی از نظر بصری رضایت بخش نیست. محدود کردن تعداد اجزا افقی، خالی کردن اجزاء و کاهش سطح مقطع، گام هایی است که یک طراح می تواند برای بهینه سازی طراحی برای SLA انجام دهد.

ایزوتروپی:

کچاپ های SLA ایزوتروپ هستند، زیرا لایه ها هنگام چاپ به یکدیگر متصل می شوند. در نتیجه خواص فیزیکی تقریباً در جهت x ، y و z ایجاد می شود. این که آیا قطعه به موازات یا عمود بر صفحه ساخت چاپ می شود، خواص نهایی قطعه به طور قابل توجهی تحت تأثیر قرار نمی گیرد.

طراحی برای چاپ رزینی

ویژگی های چاپ:

میزان جزئیات یک چاپگر رزینی بستگی به اندازه و ویژگی رزین لیزری دارد. دستورالعمل های کلی برای طراحی SLA به شرح زیر است:

دیوارهای ساپورت شده :

دیوارهایی که حداقل از دو طرف به سازه های دیگر متصل شده اند. بنابراین شانس بسیار کمی برای تاب خوردن دارند. اینها باید حداقل با ضخامت 0.4 میلی متر طراحی شوند.

پرینتر سه بعدی رزینی

دیوارهای ساپورت نشده:

دیوارهایی که در کمتر از دو طرف به چاپ متصل شده اند، شانس بسیار زیادی برای تاب خوردن یا جدا شدن از چاپ دارند. ضخامت این دیوارها باید حداقل 0.6 میلی متر باشد و باید با پایه های فیله دار (جایی که دیوار به بقیه چاپ متصل می شود) طراحی شود تا غلظت تنش در طول مفصل کاهش یابد.

پرینتر سه بعدی رزینی

پیش آمدگی ها:

در مورد چاپ رزینی مشکل کمی ایجاد می شود، مگر اینکه مدل بدون ساختارهای ساپورت داخلی و خارجی کافی چاپ شود. چاپ بدون ساپورت اغلب منجر به تغییر شکل چاپ می شود، اما در صورت لزوم چاپ بدون ساپورت، هرگونه پیش آمدگی ساپورت نشده باید کمتر از 1.0 میلی متر طول و حداقل 19 درجه از سطح نگه داشته شود.

پرینتر سه بعدی رزینی

جزئیات پیش آمدگی:

هر گونه ویژگی در مدل که کمی بالاتر از سطوح اطراف آنها قرار گرفته باشد. باید حداقل 0.1 میلی متر ارتفاع از سطح چاپ داشته باشند تا مطمئن شوید جزئیات قابل مشاهده هستند.

پرینتر سه بعدی رزینی

جزئیات حکاکی شده:

هرگونه ویژگی که در مدل حک شده یا در آن فرو رفته است. اگر این قطعات بسیار کوچک باشند هنگام چاپ با بقیه مدل در معرض خطر قرار می گیرند. بنابراین این قطعات باید حداقل 0.4 میلی متر عرض و حداقل 0.4 میلی متر ضخامت داشته باشند.

پرینتر سه بعدی رزینی

پل های افقی:

پل های بین دو نقطه روی یک مدل را می توان با موفقیت چاپ کرد، اما طراح باید در نظر داشته باشد که پل های عریض تر باید کوتاه تر (کمتر از 21 میلی متر) نسبت به پل های نازک باشد. پل های وسیع تر دارای ناحیه تماس محور z بیشتر هستند و احتمال خرابی چاپ را هنگام لایه برداری افزایش می دهند.

پرینتر سه بعدی رزینی

سوراخ ها:

سوراخ هایی با قطر کمتر از 0.5 میلی متر در محورهای x ، y و z ممکن است در حین چاپ بسته شوند.

پرینتر سه بعدی رزینی

اتصالات:

فاصله 0.5 میلی متری بین قطعات متحرک.

فاصله 0.2 میلی متر برای اتصالات مونتاژ.

فاصله 0.1 میلی متری باعث می شود فشار یا محکم باشد.

پرینتر سه بعدی رزینی

وضوح

SLA قادر به دستیابی به وضوح بالاتر از FDM است. زیرا از لیزر برای جامد کردن مواد استفاده می کند. وضوح چاپ SLA در جهت XY (یا وضوح افقی) بستگی به اندازه نقطه لیزر دارد و می تواند بین 30 تا 140 میکرون متغیر باشد. این پارامتر قابل تنظیم برای چاپ نیست. حداقل اندازه نمی تواند کوچکتر از اندازه نقطه لیزری باشد.

وضوح در جهت Z (یا وضوح عمودی) بین 25 تا 200 میکرون متغیر است. انتخاب وضوح عمودی یک جابجایی بین سرعت و کیفیت است. برای قسمتی که منحنی کمی دارد یا جزئیات دقیقی وجود دارد، بین چاپ 25 میکرون در مقابل چاپ 100 میکرون تفاوت بصری کمی وجود خواهد داشت. در مقایسه، یک دستگاه FDM رومیزی معمولاً لایه های محور z را در 150 تا 400 میکرون چاپ می کند.

توخالی:

ماشین های SLA یک مدل متراکم  را چاپ می کنند. اما اگر چاپ به عنوان یک قسمت کاربردی در نظر گرفته نشود، مدل به میزان قابل توجهی مقدار مواد مورد نیاز و زمان چاپ را کاهش می دهد. توصیه می شود ضخامت دیوارهای چاپ توخالی حداقل 2 میلی متر باشد تا خطر خرابی در هنگام چاپ کاهش یابد.

در صورت چاپ یک قسمت توخالی، باید سوراخ های زه کشی اضافه شود تا از گیر افتادن رزین بدون سفت شدن در چاپ نهایی جلوگیری شود. این رزین پخته نشده باعث ایجاد عدم تعادل فشار در محفظه توخالی می شود و باعث ایجاد چیزی می شود که به آن “تو خالی” می گویند. خرابی های کوچک (ترک ها/سوراخ ها) در سرتاسر قسمت پخش می شود و در صورت عدم اصلاح باعث خرابی کامل یا انفجار قسمتی می شود. سوراخ های تخلیه باید حداقل 3.5 میلی متر قطر داشته باشند و حداقل یک سوراخ باید در هر قسمت توخالی وجود داشته باشد.

مواد SLA

در جدول زیر برخی از رایج ترین رزین های SLA را آورده شده است.

نوع رزینشرحکاربرد
رزین استانداردبیشتر برای چاپ عمومی استفاده می شود و می تواند سطوح با جزئیات بالا را با وضوح کمتر از 25 میکرون ارائه دهد. این رزین ها هیچ ویژگی خاصی ندارند و معمولاً شکننده تر از مواد استاندارد FDM هستند.ایده آل برای نمونه سازی با جزئیات بالا یا مدل هایی که کاربردی نیستند.
رزین های مهندسیاخیراً تولیدکنندگان رزین SLA با شبیه سازی پلاستیک های مهندسی متداول که رزین های ABS یا پلی پروپیلن، منعطف و درجه حرارت بالا را ارائه می دهند، وارد حوزه مهندسی شده اند. این رزین ها ویژگی های مهندسی برتر را بدون از دست دادن کیفیت چاپ ارائه می دهند، اما هزینه بالاتری دارند.برنامه های سخت، انعطاف پذیر و درجه حرارت بالا.
رزین های دندانیبرای ارتودنسی عمومی، معمولاً از رزین های عمومی یا رزین های ریخته گری استفاده می شود. نسخه های اخیر رزین های سازگار با محیط زیست کلاس 1 و 2 در سال گذشته نیز اکنون امکان استفاده از فناوری SLA را برای ایجاد راهنمای جراحی فراهم کرده است. این رزین ها بسیار دقیق هستند و به اندازه کافی با دوام هستند که قبل از استفاده جراحی از طریق اتوکلاو عقیم می شوند.کاربردهای دندانپزشکی
رزین های ریخته گریاین رزین ها در جزئیات دقیق و چاپ با ویژگی های ظریف تخصص دارند و طوری طراحی شده اند که امکان ریخته گری مستقیم سرمایه گذاری را فراهم می کنند. جزئیات بسیار کوچک توسط این رزین با حداقل اندازه ویژگی 0.2 میلی متر ثبت شده است. وقتی صحیح پخته شد، رزین با کمی خاکستر یا باقیمانده می سوزد.جواهرات ، مدلهای ریز جزئیات و برنامه های ریخته گری سرمایه گذاری

محدودیت ها 

حجم چاپ:

چاپگرهای SLA، به استثنای ماشین های تجاری، به طور کلی حجم ساخت بسیار کمتری نسبت به اکثر چاپگرهای FDM دارند. چاپگر رایج SLA رومیزی دارای حجم ساخت 145mm × 145mm × 175mm است در حالی که چاپگر رایج FDM رومیزی، 223mm × 223mm × 205mm را ارائه می دهد. هنگامی که هندسه های چاپ SLA از ظرفیت چاپگر بیشتر شود، می توان آنها را در بخش های کوچکتر چاپ و سپس مونتاژ کرد. بهترین روش برای چسباندن اجزای چاپ شده SLA با هم اپوکسی 5-30 دقیقه ای است.

هزینه در مقابل FDM:

هزینه حجم رزین SLA در مقایسه با رشته مورد استفاده برای چاپ FDM بیشتر است. به همین دلیل چاپ SLA معمولاً گران تر است. اما توانایی SLA برای چاپ جزئیات پیچیده به این معنی است که در مقایسه با بسیاری از فناوری های صنعتی چاپ سه بعدی، گزینه ای رقابتی است. یک لیتر رزین استاندارد SLA به طور معمول حدود 150 دلار آمریکا هزینه دارد در حالی که یک کیلو رول رشته ABS برای FDM حدود 25 دلار هزینه دارد.

خواص مواد:

قطعات SLA عموماً برای تولید قطعات کاربردی که تحت بار هستند مناسب نیستند. ماهیت رزین های SLA بدین معناست که قطعات شکننده هستند و به اندازه سایر مواد چاپ سه بعدی در مدت زمان طولانی پایدار نیستند و کمی خزش را تجربه می کنند. اکثر قطعات چاپ شده SLA نیاز به پخت در محفظه UV پس از چاپ دارند. پخت، قطعات را قادر می سازد تا به بالاترین قدرت ممکن برسند و پایدارتر شوند.

قوانین کلی:

SLA برای قطعات کوچکی که نیاز به سطح صاف (قابل مقایسه با قالب تزریق) و دقت بالا دارد ، ایده آل است.

ساختارهای ساپورتی برای چاپ موفق قطعات SLA بسیار مهم هستند. در صورت نیاز به یک پایان خوب بر روی سطح، قسمت باید جهت دار باشد به طوری که آن سطح با مواد نگهدارنده تماس نداشته باشد.

قطعات SLA به طور معمول دارای خواص مکانیکی ضعیفی هستند و برای نمونه سازی های غیر کاربردی ، محفظه ها و مدل های بصری مناسب ترین هستند.

منبع: 

HUBS

materialise

 

مطالب مرتبط

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *